Matériaux nanocomposite pour le stockage de l'énergies

• Auteur / Autrice : Alban Morel
• Direction : Thierry Brousse, Daniel Belanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux, électrochimie
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Université Nantes-Angers-Le Mans - COMUE (2009-2015) en cotutelle avec Montréal
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Benoît Marsan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Brousse, Daniel Belanger, Benoît Marsan, Andrea Balducci, Mickael Dollé, Pierre-Yves Jouan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Balducci, Mickael Dollé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vanadium -- Composés

Couches minces

Nitrures

Supercondensateurs

Énergie -- Stockage

Matériaux hybrides

Résumé

Dans un souci constant d'augmenter les densités volumiques d'énergie et de puissance des supercondensateurs électrochimiques, les objectifs de ce projet de doctorat consistent à étudier la faisabilité et les performance d'un système hybride VN/KOH. Aq/Co3O4. En effet, ces deux matériaux d'électrodes présentent à la fois de masses volumiques 8 fois plus importantes que les matériaux capacitifs carbonés, actuellement utilisés dans les systèmes commercialisés, et des capacités massiques plus élevées, du fait de leur comportement respectivement pseudocapacitif (VN) et faradique (Co3O4) en milieu alcalin. Etant donné que les caractéristiques attrayantes des supercondensateurs électrochimiques sont leur densité de puissance et leur longue durée de vie, il est important de s'assurer que chacun de ces matériaux réponde à ces exigences. Dans un premier temps, la faisabilité d'un pontage moléculaire, entre des nanoparticules de Co3O4 et des fibres de carbone, et son influence sur les performances électrochimiques du matériau nanocomposite ont été étudiées Dans un deuxième temps, des films minces de nitrure de vanadium ont été synthétisés, dans le but de déterminer les conditions requises pour assurer une longue durée de vie à cette électrode. Le mécanisme de stockage des charges dans différents électrolytes a été examiné par la même occasion. Enfin. Un système complet VN/KOHaq/Co3O4 a donc été réalisé et évalué électrochimiquement.

This thesis is specifically aimed at studying the feasibility and the performance of a hybrid device VN/KOHaq/Co3O4 so as to enhance the volumetric energy and power density of electrochemical capacitor (ECs). The two electrode materials present a density 8 times larger than the usual capacitive carbon material, used in ECs, as well as a larger capacity per mass unit due to their pseudocapacitive (VN) and faradaic (C0304) properties. Considering that high power density and long cycle life make ECs attractive for some applications, it is important to ensure that each material fulfills these specifications. As a first step, the feasibility of establishing a molecular bridge between Co3O4 nanoparticles and carbon fibers and its effect on the electrochemical performance of the nanocomposite material were investigated. In a second phase, this films of vanadium nitride were prepared in order to determine the suitable conditions required to ensure a long cycle life of the electrode. Moreover, the charge storage processes of these VN electrodes were investigated in different electrolytes. Finally, a VN/KOHaq lCo3O4 microdevice was realized and electrochemically characterized.